高速铁路道岔扣件系统病害及整治

2022-07-19曲玉福

科技创新与应用 2022年21期

曲玉福

（武汉铁路职业技术学院，湖北武汉 430000）

道岔岔枕是无混凝土挡肩结构，扣件系统是连接道岔钢轨与道岔轨枕之间的连接零件，扣件系统既要为列车提供竖向支撑力，还要为列车提供水平支撑力[1-2]。扣件系统结构复杂，高速铁路扣件系统如图1 所示，养修内容繁杂，既涉及到金属部件，又涉及到橡胶制品部件，在日常道岔养护中维修量占比大，难度高。道岔在高速动车组的冲击荷载作业下，加之运量的增大，道岔的病害便逐年增加，道岔病害的类型和病害恶化程度也随之增加，道岔M30 大螺栓失效、扣压力不足最为常见，同时，硫化垫板弹性衰减、轨下胶垫压溃穿出、弹条扣压力减弱甚至缺失等问题。这些病害一旦产生后，会牵扯维修部门大量精力，而且整治效率不高，病害反复出现，始终得不到根治，成为道岔日常维修的一大顽症。

图1 高速铁路扣件系统图

1 扣件系统伤损病害及原因分析

1.1 M30 岔枕螺栓病害、原因分析及整治措施

1.1.1 病害现象

M30 岔枕螺栓与预埋的尼龙套管粘连在一起而“锈死”，无法拆卸；M30 岔枕螺栓折断；岔枕内预埋的尼龙套管失效，M30 岔枕螺栓无扣压力扭力矩。导致钢轨部件与混凝土岔枕脱离，引发空吊等几何尺寸变化，增大动态荷载，压断混凝土岔枕和铁垫板断裂。

1.1.2 原因分析

（1）M30 岔枕螺栓锈死原因，一是列车上卫生间流入到线路上的脏水、机车上流下来的油渍污水等，在通过道岔时，玷污道岔直基本轨、曲基本轨、道岔内导曲线两侧扣件的M30 岔枕螺栓上，加之列车在过岔过程中，道岔曲股未设置曲线超高，产生过大离心力，巨大的离心力作用在锈蚀的M30 岔枕螺栓颈部，造成M30岔枕螺栓被剪断。二是未按照道岔M30 岔枕螺栓养护标准养护，长期不涂油，尼龙套管内无润滑油或润滑油失效，造成M30 岔枕螺栓与尼龙套管粘连在一起，造成M30 岔枕螺栓锈死。

（2）M30 岔枕螺栓折断，一是道岔设计的特殊性，国产道岔设计时均采用铁垫板作为中间连接结构，无混凝土挡肩做支撑的结构设计，车轮将垂向和横向荷载直接作用到钢轨，钢轨将作用力通过硫化垫板中的M30 岔枕螺栓传递到岔枕上，关键部位的M30 岔枕螺栓在颈部以下60～80 mm 处成为力矩的支点，造成M30 岔枕螺栓在此处折断，经现场调查，大部分折断M30 岔枕螺栓均在此处。二是工务人员的维修手段问题，在用大锤进行道岔改道中，敲击钢轨的力量最终传递到岔枕中的M30 岔枕螺栓上，导致M30 岔枕螺栓折断。三是锈死的M30 岔枕螺栓在巨大的扭力矩外力作用下，造成螺栓在薄弱点脆断。

（3）预埋尼龙套管失效，失效预埋尼龙套管如图2所示。一是扭力矩过大，未执行M30 岔枕螺栓300～350 N·m 扭力矩要求，过大扭力矩反复拆卸造成尼龙套管内部丝扣失效，二是新铺设道岔上道后，对M30 岔枕螺栓复紧不及时，安装过程中扭力矩不达标，M30 岔枕螺栓在过车过程中，受到列车高频振动，螺杆螺纹与尼龙套管丝扣相互作用，造成尼龙套内螺纹磨坏失效。三是非法施工，寒冷地区冬季施工时，温度过低，尼龙套管收缩，M30 岔枕螺杆在加热后拧入，尼龙套管与螺栓胶合一体，造成尼龙套管内侧螺纹失效。

图2 失效的预埋尼龙套管

1.1.3 整治措施

（1）M30 岔枕螺杆锈死整治

一是首先用16 磅大锤敲击，震松后，使用大扭力矩扳手松卸。使用大扭矩内燃扳手，更换上M30 螺栓的套筒，可直接逆时针方向直接松卸；困难时，可先顺时针转动一定小角度，待松动后，再逆时针旋转，大部分锈死的M30 岔枕螺杆可松卸下来。

二是使用内燃扭力矩扳手，更换上M36 的套筒，扭力矩可达400 N·m，当内燃扭力矩扳手空转时，证明扭力矩不够，无法松卸此螺栓。可采用加长力臂的呆头扳手，3 个人同时用力，扭力矩可达500 N·m，如果M30 岔枕螺杆锈死特别严重时，仍然无法拆卸时。也可使用加长手柄的套筒扳手，1 人固定螺栓，加长手柄部分一边各两人，同时用力，扭力矩可达600 N·m，绝大部分螺栓可松卸下来。

三是如果采用上面的办法仍不能解决问题时，M30 岔枕螺杆与混凝土的尼龙套管融在一起了，尼龙套管与混凝土岔枕是靠预留的定位钉固定，用外力办法无法解决，只能通过外加热的办法使尼龙套管软化。但在加热过程中，火焰会烧烤混凝土岔枕，混凝土结构在受热过程会使混凝土炸裂，也会造成道岔硫化垫板保护层、垫板下弹性胶垫、钢轨下调高垫片等橡胶制品失效，此办法一定慎用，使用后，也要做好更换新混凝土岔枕的准备。

（2）M30 岔枕螺杆折断整治

M30 岔枕螺杆在外力作用下，极易发生折断，对于折断的M30 岔枕螺杆必须将其旋出，更换新的，如不及时整治，会加剧线路空吊，同时也会使相邻的岔枕过度受力，继续折断，蔓延到整组道岔，严重时会影响到行车安全。

一是遗留部分高出岔枕面的,将道岔钢轨通过起吊方式抬高，将硫化垫板卸下，平移到不影响作业的地方，用一个强度为10.9 级带六角头的高强螺栓杆与预留在外面的螺栓用电焊焊接在一起，焊接的同时，相当于对遗留的螺杆进行了加热，软化了混凝土岔枕中的尼龙套管，再趁热用加长的呆头扳手或者内燃螺丝机，将折断的螺杆拧出。

二是对低于岔枕面的折断M30 岔枕螺杆，这时要看折断后的螺杆距离混凝土岔枕顶面的距离，如果距离很小时，同样可以用焊接10.9 级带六角头的高强螺栓杆方式处理，因空间限制，此时焊接的螺杆与折断的螺杆存在偏心关系，在旋出过程中需谨慎慢拧，取出螺杆。如果断的螺杆很深，无法采用焊接的螺杆时，可是使用一个空心的铁管，外径略小于断螺杆的外径，内径要粗于焊条直径，保持一定厚度的外壁，以保持铁管的强度。焊条通过内径焊接方式，将铁管与断螺杆焊接在一起，再用管钳将铁管逆时针旋出，带动断螺杆，将断螺杆旋出。如果此方法失败，可采用高强度的合金钻头在折断的螺杆中心钻孔，螺纹为反螺纹，待钻取深度达10 mm 时，选入加工后正螺纹的尖头螺杆，在紧固正螺纹的螺杆时，顺便将断螺杆旋出。

（3）尼龙套管失效整治

方法一，直接利用钻头垂直向下拔锚施工，此方法是利用高强度的系列组合钻头如图3 所示，钻头直径要大于M30 岔枕螺杆的直径，在钻取过程中将露在混凝土岔枕螺纹外的尼龙套管旋出，通过更换更大直径的钻头分次除去尼龙套管，直到只剩余尼龙套管外螺纹的残余部分在混凝土岔枕的螺纹内，用尖嘴钳钳住剩余尼龙套管的头部，旋转着将其取出，取出来残余的尼龙套管如图4 所示。

图3 高强度组合钻头

图4 取出剩余在混凝套管内的尼龙套管

方法二，采用电加热法，采用发电机或者锂电，对金属加热棒进行加热，加热的金属棒会燃烧一部分尼龙套管，剩余部分不多时，将高强度合金六棱锥，打入到尼龙套管内，再将六棱锥旋出，此时可将底部定位钉以上剩余的尼龙套管取出，剩余底部的尼龙套管部分可用金属长尖工具将其啄碎，再用长镊子结合鼓风机，将其取干净。

方法三，直接将高强度的六棱锥打入到尼龙套管中，使用加长力臂的扳手，扳手头部套入到六棱锥，4人同时用力，将其整体取出，此方法简单有效，但有时尼龙套管在中部断裂，剩余部分将更难取出。

方法四，如果尼龙套管通过以上三种方法仍不能取出时，可使用混凝土空心钻孔机，钻头直径大于尼龙套管外直径，中间采用定位方式，防止钻头在垂直钻取过程中偏斜，直接将尼龙套管钻出，重新灌入植筋混凝土，重新安装尼龙套管。

在安装尼龙套管时需注意，首先将混凝土螺纹清洗干净，维修尼龙套管外部涂高强度的紧固胶，维修套管上下无定位的突出部分，在套管顶部加工出对称的四个槽口，便于使用工具安装，再将维修尼龙套管旋入，安装到位的尼龙套管如图5 所示。

图5 安装到位的尼龙套管

1.2 硫化垫板弹性衰减病害及原因分析

1.2.1 病害现象

硫化垫板保护层破损，弹性垫板与铁垫板分离，在列车荷载作用下铁垫板折断。

1.2.2 原因分析

一是施工单位在施工过程中非法使用挖掘机等重型机械对道岔硫化垫板进行碾压，造成保护层破损。

二是维修过程中养护不当，使用大锤敲打硫化垫板改道、整治钢轨病害时造成铁垫板硫化保护层破损，先是有小的破损，逐步发展，造成铁垫板暴露在空气中，致铁垫板生锈。

三是垫板硫化层本身橡胶老化，在与铁垫板熔接薄弱处所产生破损，由于铁垫板上焊接铁座、加工锚固螺栓孔等原因造成硫化层厚度不一，薄弱处橡胶先老化。在道岔滑床台板上为减少尖轨和长心轨的转换阻力而涂液体润滑油，过多的润滑油会流入到硫化垫板的橡胶层上，对橡胶保护层造成污染而加速橡胶层老化。

四是在列车振动荷载下M30 岔枕螺栓扣压力不足，在冲击过程中使弹性垫板变薄，产生空吊，高频振动弹性垫板强度不足会使铁垫板与下部的弹性垫板产生分离，严重影响铁垫板的使用寿命，严重者造成铁垫板折断。道岔直股过车时，直基本轨和直尖轨冲击长垫板一侧，造成另一侧的垫板翘起；道岔曲股过车时，尖轨和曲基本轨冲击长垫板另外一侧，造成相对一侧的垫板翘起，铁垫板在左右两侧荷载的反复冲击下会发生形变，在直股和去曲股过车不均衡的情况下，加剧了弹性垫板的损伤。

五是硫化垫板扣压钢轨的方式也不同，在基本轨外侧采用弹条扣件扣压，基本轨内侧使用弹性夹、高强度钢弹片、滑床台板扣压，不同结构会产生不同的扣压力，造成基本轨、尖轨、长心轨、翼轨受力的不均衡性，导致硫化垫板的损坏。

旅游客源市场即旅游需求市场，是指在一定时期内对某一旅游产品现实和潜在的总体需求[2].客源市场在旅游目的地有着举足轻重的作用，在一定程度上关系到旅游目的地的长远发展.总体上来看，一般可将目的地的旅游客源市场划分为国内旅游客源市场和海外旅游客源市场两大部分.海外客源市场还可进一步细分，有关旅游统计资料显示，我国在1999年以前通常把海外游客划分为外国人(包括外籍华人在内)、海外华侨和港澳台同胞[3]，2000年后则划分为外国人和港澳台同胞.

1.2.3 整治措施

对失效的铁垫板进行更换，最好更换原厂出品的铁垫板，整组道岔宜同时更换某一部位的硫化垫板，如道岔的转折部分，最好是从尖轨尖端开始到尖轨跟端；辙叉心部位从翼轨过渡到岔尾；中间导曲线连接部分作为一个单元需进行整体更换。保证更换上的硫化垫板处于同一设备质量均衡发展。加强硫化垫板刚度检测，定期按照TG/GW 115—2012《高速铁路无轨道线路维修规则》规定，每年每组道岔抽取3 块送到专业厂家进行检测，发现弹性有逐步减弱时，进行分类分级管理，提前有计划地更换。

1.3 轨下垫片压溃病害及原因分析

1.3.1 病害现象

轨下调高垫片压溃，胶垫边缘超出钢轨轨底边，垫片中部被压穿，胶垫穿出。

1.3.2 原因分析

（1）轨下调高垫片压溃的主要原因是在列车荷载下，钢轨直接作用在调高垫板上，调高垫板变薄，发生破损。目视可观察到超出钢轨底边边缘。

（2）胶垫的压宽后，拆下可发现部分胶垫中部被压穿；道岔尖轨和长心轨部位的滑床台板经常涂润滑油，导致润滑油沁入到基本轨和翼轨下而腐蚀胶垫，加速胶垫老化。

（3）胶垫穿出，胶垫和调高垫片安放的位置不正确，胶垫起到防止钢轨发生爬行的主要作用，安放在钢轨下面，而调高垫板只是单纯的起到调高作用，调高垫片须安装在胶垫下方，安装调高垫片时需要将胶垫拆除后，先安装调高垫片，再安装胶垫，施工程序复杂，因此经常为了现场方便，直接将调高垫片安放在胶垫上方，导致钢轨爬行，带动调高垫片穿出。

1.3.3 整治措施

更换失效压溃的调高垫片和橡胶垫板，对于特殊部位如基本轨和翼轨下的胶垫，应使用耐油的高弹性胶垫来增加线路的稳定性。因基本轨更换胶垫时，须连续松卸多套前后的扣件才将胶垫从基本轨的滑床台板抽出，新的调高垫板和胶垫才能插入；辙叉心部结构复杂，道岔翼轨是不规则形状，翼轨内侧插入到心轨的滑床台内，拆卸困难。由于作业空间狭小，更换难度大，胶垫的取出和放入都会增加整治难度，因此在更换胶垫时，必须更换高质量的胶垫，延长维修周期，减少维修次数。

1.4 弹条病害及原因分析

1.4.1 病害现象

弹条折断、缺失，弹条位置不正、歪斜情况。

1.4.2 原因分析

在道岔扣件部件伤损中，弹条的折断、缺失及位置不正确是最容易发现的，也是最容易产生的设备病害。

（1）每次作业时都需拆卸扣件，如在改道或者垫片维修作业时，都要重复拆卸扣件弹条。安装时未按照规定的扭力矩值紧固螺栓，扭力矩过大时，弹条被振断；扭力矩过小时，弹条位置不正、歪斜，甚至脱落。

（2）扣件弹条受到钢轨的振动，高频振动时会使弹条振断，转折部位和辙叉心部位存在间隔铁、限位器、防跳卡铁、防跳间隔铁等特殊部件，刚度不一致，在受力不均匀时，由弹条扣压钢轨，会使弹条折断。

（3）在道岔转折部位，基本轨内侧钢制高强度弹性夹扣压，基本轨外侧由弹条扣压；辙叉心轨的翼轨内侧由滑床台扣压，翼轨外侧由弹条扣压，二者扣压力不一致，也导致弹条容易折断。

（4）弹条本身的构造结构是由焊接在铁垫板铁座内的T 型螺栓来扣压钢轨的，由于T 型螺栓的不规范，安装T 型螺栓必须旋转90°才能使T 型螺栓下部与焊接铁座受力，弹条扣压钢轨，在高频振动下，容易使T型螺栓松动，造成弹条脱落。

1.4.3 整治措施

发现弹条折断、锈蚀严重、弹性不足需及时更换，发现T 型螺栓受力不均匀时，应将T 型螺栓、弹条、螺帽、平垫圈和防尘帽同时更换。

2 扣件系统整治建议

2.1 定期巡检

根据道岔周期检查要求，在道岔进行周期性结构检查时[3]，将扣件系统纳入其中。结合每周一次的巡检，重点关注扣件系统，除弹条、螺帽等外，必须加强对胶垫和硫化垫板的巡视和检查，发现问题时及时更换。

2.2 整体更换

须保持道岔扣件系统刚度均衡[4]，道岔扣件结构分三部分，第一部分是转折部位，基本轨起始端道基本轨跟端作为一个单元管理。第二部分是辙叉心部位，按照翼轨起始端到道岔尾部，作为一个单元管理。第三部分是导曲部位，从尖轨跟端到翼轨始端，作为一个单元管理。当发现某一单元内扣件系统联结零件损坏时，进行单元整体更换。

2.3 加强备用料管理

加强道岔扣件系统的备用料管理，规范标准化库房建设，做好通风、防潮处理。将备用扣件零部件从集装箱中取出，按照道岔垫板型号进行分类汇总，油污和水渍擦拭干净，避免雨淋。对于年限较长的垫板应先进行检测。重点检测刚度及弹性，发现有问题时及时进行补充更换。对于硫化垫板及胶垫，要根据橡胶制品的寿命建立使用年限，发现超过使用年限时须进行更换。对于更换下来旧零件及时处理，以免发生旧垫板、弹条等部件再次上道使用。